Расчет пути на прочность

где tR – перепад температуры для преодоления стыкового сопротив-

ления; RC – стыковое сопротивление (за счет сил трения между поверхностями накладок и рельса [10]),

накладки по рельсу; А – коэффициент, зависящий от формы, размеров и

В практических расчетах принимается сопротивление стыка для рельсов Р65 и Р75:

Rc = 10 тс (100 кН) – при 4-болтовом стыке; Rc = 16 тс (160 кН) – при 6-болтовом стыке;

Rc = 40 тс (400 кН) – для бесстыкового пути за счет увеличения Мкр при высокопрочных болтах.

Для преодоления сил трения в стыке Rс необходимо изменение температуры рельса на величину

На участке 1–2 диаграммы идет преодоление погонного сопротивления и изменение зазора по закону квадратной параболы

После преодоления стыкового и погонного сопротивления (для чего требуется температура tR tr ) изменение длины рельса идет по за-

кону изменения длины свободного стержня (изменяется зазор) и в точ-

41

ке 3 раскрывается полностью (участок 2–3). Фактическое изменение за-

Дальнейшее понижение температуры приводит к появлению дополнительных сил, которые нежелательны при эксплуатации, так как могут вызвать изгиб стыковых болтов

где Рб – прочность стыковых болтов на срез.

При нагревании рельса на участке 4–3 исчезают силы E F t1; на

участке 3–5 исчезают растягивающие силы Rс и возникают сжимающие силы Rс; на участке 5–6 происходит переориентация сил трения на каждой шпале при t 2 tr .

Закон изменения зазора в зависимости от изменения температуры в этом случае выражается формулой

Дальнейшее нагревание рельсов приводит к уменьшению зазора от конструктивного до нуля (участок 6–7).

На участке 7–8 при дальнейшем повышении температуры зазоры остаются нулевыми и возникают дополнительные силы сжатия

Наибольшие сжимающие силы в середине рельса не должны превышать допустимые значения Nсж , т. е.

Иначе может произойти температурный выброс пути.

Если вновь изменить ход температуры, то характер перемещений концов рельсов будет аналогичен вышеописанному, т. е. на участке 8–7 произойдет снижение продольных сжимающих сил без изменения длины рельсов. На участке 7–9 произойдет переориентация сил трения в стыке без изменения зазора. И лишь на участке 9–10 одновременно с переориентацией погонных сопротивлений изменится зазор по формуле (4.16). На участке 10–2 происходит свободное изменение длины рельсов по формуле (4.1).

Эпюры продольных сил в рельсах в характерных точках диаграммы (рис. 4.5) приведены на рис. 4.6.

42

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Как определить изменение длины рельса при отсутствии его закрепления?

2.Что такое несостоявшееся удлинение рельса?

3.Как определяются напряжения и продольные силы при изменении температуры в условиях жесткого закрепления рельса?

4.Чему равна продольная сила в жестко закрепленном рельсе типа Р65 при перепаде температуры на 1°С?

5.Как определяется погонное сопротивление продольному перемещению рельса? Назовите нормативную величину погонного сопротивления зимой при железобетонном подрельсовом основании.

6.Чему равна максимальная величина продольной силы при наличии погонного сопротивления?

7.Как определяется стыковое сопротивление?

8.Постройте диаграмму температурной работы 25-метрового рельса, уложенного в путь.

Рекомендуемая литература [1, 11]

Лекция 5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСЛОВИЙ УКЛАДКИ БЕССТЫКОВОГО ПУТИ

План лекции:

5.1.Конструкция бесстыкового пути.

5.2.Допускаемые продольные силы в рельсовых плетях.

5.3.Расчет интервалов температур закрепления плетей на постоянный режим эксплуатации.

5.4.Определение расчетных удлинений бесстыковых плетей и зазоров при разрядке температурных напряжений.

5.5.Контроль за усилием затяжек гаек и шурупов в промежуточных скреплениях.

5.1. Конструкция бесстыкового пути

Рельсовые плети. Новые рельсовые плети сваривают в стационарных условиях в рельсосварочных поездах (РСП) или непосредственно в пути передвижными рельсосварочными машинами (ПРСМ) электроконтактной сваркой. Плети из старогодных рельсов могут свариваться и алюминотермитной сваркой. Бесстыковые плети должны быть одного типа, одной марки стали, одинакового термического упрочнения, изготовлены на одном металлургическом комбинате и одной категории качества [5].

44

Врегионах Севера, Сибири и Дальнего Востока с годовыми амплитудами температур рельсов более 110 °С рельсовые плети должны свариваться преимущественно из рельсов низкотемпературной надежности.

Длины плетей устанавливаются проектом. В условиях РСП сваривают плети длиной 800 м и менее. Непосредственно в пути они свариваются длиной до блок-участка, перегона и большей.

На участках с S-образными, одиночными или несколькими кривыми радиусом менее 500 м, где наблюдается интенсивный боковой износ головки рельсов, разрешается по согласованию с управлением пути и сооружений центральной дирекции инфраструктуры ОАО «РЖД» укладывать короткие плети длиной не менее 350 м.

Более короткие плети, но длиной не менее 150 м, могут укладываться между стрелочными переводами, если стыки стягиваются обычными болтами. При использовании высокопрочных болтов длина плетей должна быть не менее 100 м.

Каждая эксплуатируемая плеть имеет маркировку. В проекте укладки бесстыкового пути каждой короткой плети присваивают порядковый номер, под которым она должна значиться в сварочной ведомости РСП и в Журнале учета службы и температурного режима короткой рельсовой плети. Правую и левую плети по счету километров отмечают буквами П и Л.

Вусловиях РСП в начале и конце каждой плети, сваренной из новых или старогодных рельсов, на расстоянии не менее 150 см от ее торцов на внутренней стороне шейки рельса (со стороны оси пути) белой масляной красой наносятся: номер РСП, номер плети по сварочной ведомости и длина плети.

При обрезке концов плети в процессе укладки длина ее корректируется. После укладки плети в путь её маркировка, сделанная в условиях

РСП, дополняется следующей информацией:

номер плети по проекту с указанием ее сторонности; дата, год укладки (с указанием двух последних цифр); температура закрепления плети.

В результате маркировка коротких плетей принимает вид:

19 – 361 – 799,45 – 16Л – 03.06.12 +34,

где 19 – номер РСП; 361 – номер плети по сварочной ведомости; 799,45 – длина плети, м; 16Л – номер плети по проекту и ее сторонность; 03.06.12 – дата и год укладки плети (берутся две последние цифры); +34 – температура закрепления плети на постоянный режим работы.

Соединение рельсовых плетей. Рельсовые плети при отстутствии изолирующих стыков (ИС) соединяются между собой двумя или тремя парами уравнительных рельсов.

45

В регионах с годовыми амплитудами более 110 °С и максимальными суточными перепадами температуры рельсов 50 °С и более, по согласованию с начальником службы пути, можно укладывать по четыре пары уравнительных рельсов.

При устройстве в уравнительном пролете сборных изолирующих стыков укладываются четыре пары уравнительных рельсов с расположением изолирующих стыков в середине уравнительных пролетов.

Не допускается расположение стыков, в том числе сварных, в пределах переездного настила. Схема расположения уравнительных рельсов и изолирующих стыков в районе железнодорожного переезда показана на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Схемы расположения уравнительных рельсов и изолирующих стыков в районе железнодорожного переезда: а – со сборными изолирующими стыками 2; б – с высокопрочными изолирующими стыками 1

В местах примыкания рельсовых плетей бесстыкового пути с железобетонными шпалами к стрелочным переводам с деревянными брусьями, башмакосбрасывателям, уравнительным приборам, мостам с деревянными мостовыми брусьями железобетонные шпалы укладывают по схемам [5, рис. 2.1 и рис. 2.2]. В местах примыкания укладываются две пары уравнительных рельсов длиной 12,5 м. На конце первого звена уравнительного пролета, примыкающего к плетям бесстыкового пути, укладываются четыре деревянные шпалы.

Скрепления. Промежуточные рельсовые скрепления бесстыкового пути должны обеспечивать нормативное прижатие рельса к основанию не менее 20 кН с помощью упругих или жестких клемм с упругими элементами, монорегулятор скрепления АРС должен быть установлен на третью позицию. Данное скрепление должно обеспечивать нагрузки,

46

действующие на узел в обычных условиях: горизонтальных продольных сил – 14 кН; боковых сил в прямых и кривых радиусом 500 м и более – не менее 50 кН, в кривых радиусами менее 500 м – не менее 100 кН.

В сложных природно-климатических условиях с годовыми амплитудами температур рельсов более 110 °С и в сложных эксплуатационных условиях на участках с сочетанием кривых радиусами 650–250 м, затяжных спусков, подъемов, уклонов кратной тяги при обращении на них тяжеловесных и длинносоставных поездов применяются повышенные требования к узлам промежуточных скреплений: должны обеспечивать сопротивление сдвигу рельсов по шпале не менее 16,5 кН; воспринимать боковые силы в кривых радиусами 350–650 м не менее 100 кН, радиусами 349–250 м – не менее 140 кН. Кроме того, погонное сопротивление поперечному сдвигу рельсошпальной решетки в кривых радиусами менее 350 м должно быть более 12 кН/м [5].

Затяжка болтов и шурупов промежуточных скреплений крутящим моментом должна соответствовать требованиям табл. 5.1.

Таблица 5.1

Нормы затяжки болтов и шурупов при укладке бесстыкового пути и допускаемое понижение ее в процессе эксплуатации

Для обеспечения запаса усилия прижатия затяжку гаек болтов скреплений КБ65 при укладке плетей и при подтягивании их в процессе эксплуатации необходимо производить крутящим моментом: 200 Н.м (20 кгс.м) – для клеммных болтов; 150 Н.м (15 кгс.м) – для закладных болтов.

Для сложных природно-климатических и эксплуатационных условий. В числителе – нормируемые величины.

За допускаемое понижение затяжки болтов и шурупов принимается средний крутящий момент.

Основной тип промежуточного скрепления бесстыкового пути в настоящее время принят ЖБР-65 и ЖБР-65Ш без подрельсовой подкладки. Для увеличения стабильности ширины колеи и срока службы элементов скрепления в кривых малого радиуса рекомендуется укладка подкладочного варианта ЖБР-65ПШ и ЖБР-65ПШМ.

47

48

выступающих головках анкера 3, замоноличенного в шпале, зажимаются

сиспользованием дополнительного элемента – монорегулятора 4, выполненного в виде шестигранника с эксцентриковой осью. Для обеспечения электроизоляции между подошвой рельса, прижимной частью клеммы и анкером устанавливается изолирующий уголок 5. Между опорной частью клеммы и бетоном шпалы устанавливается металлический подклеммник 6.

На участках пути с автоблокировкой в рельсовые плети вваривают рельсовые вставки с высокопрочными изолирующими стыками (рис. 5.5)

ссопротивлением на разрыв не менее 2,3 МН.

Широко распространены в конструкции бесстыкового пути клееболтовые изолирующие стыки повышенной прочности (рис. 5.6), в которых используются типовые шестидырные накладки с пристроганными верхней и нижней гранями, а также специальные накладки, облегающие пазуху рельсов с сопротивлением разрыву не менее 1,5 МН.

49